RU209435U1

RU209435U1 - Ball valve for pressure polypropylene pipelines

Info

Publication number: RU209435U1
Application number: RU2021129290U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Блинков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ КОНТУР"
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2022-03-16

Abstract

Полезная модель относится к запорной арматуре шарового крана, которая может быть применена в напорных полипропиленовых трубопроводах, широко используемых, например, во внутридомовых инженерных системах. Кран содержит полипропиленовый корпус, внутри которого вмонтирована запорная арматура, состоящая из шарового затвора, выполненного из полифенилсульфоновой смолы и сопрягаемого с ним штока, выполненного из конструкционного полимерного материала, имеющего модуль упругости при растяжении более 2100 Мпа и температурой изгиба под нагрузкой при напряжении 1,8 Мпа - более 180°С, при этом рабочий диаметр штока составляет не менее чем 18 % от диаметра сферы шарового затвора, а соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора выполнено крестообразным. Полезная модель позволяет предотвращать деформацию элементов запорной арматуры и исключать протечки шарового крана с запорной арматурой из полимерных материалов.The utility model relates to ball valves, which can be used in pressure polypropylene pipelines, widely used, for example, in house engineering systems. The valve contains a polypropylene body, inside of which a shut-off valve is mounted, consisting of a ball valve made of polyphenylsulfone resin and a stem mating with it, made of a structural polymer material having a tensile modulus of more than 2100 MPa and a bending temperature under load at a stress of 1.8 MPa - more than 180°C, while the working diameter of the stem is not less than 18% of the diameter of the sphere of the ball valve, and the connection of the rod with the spherical surface of the ball valve is cross-shaped. The utility model makes it possible to prevent deformation of the elements of stop valves and exclude leakage of a ball valve with stop valves made of polymeric materials.

Description

Полезная модель относится к запорной арматуре шарового крана, которая может быть применена в напорных полипропиленовых трубопроводах, широко используемых, например, во внутридомовых инженерных системах.The utility model relates to ball valves, which can be used in pressure polypropylene pipelines, widely used, for example, in house engineering systems.

Традиционный шаровой кран, используемый в напорных полипропиленовых трубопроводах, содержит полипропиленовый корпус, внутри которого вмонтирована запорная арматура. Запорная арматура традиционного шарового крана состоит из латунного шарового затвора (шара), вращением которого перекрывают или открывают движение потока жидкости, а также латунного штока, передающего усилие на перекрытие потока воды с рукоятки на шар. На штоке размещены уплотнительные сальниковые кольца, предназначенные для герметизации крана в области вращения штока. Соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора в традиционном шаровом кране выполнено по шпоночному типу «выступ-паз». Электронный ресурс/ https://valtec.ru/document/article/povyshenie_resursnoj_nadejnosti_polipropilenovyh_sharovyh_kranov.html [1]. The traditional ball valve used in pressure polypropylene pipelines contains a polypropylene body, inside of which a shut-off valve is mounted. The shut-off valves of a traditional ball valve consist of a brass ball valve (ball), the rotation of which blocks or opens the movement of the fluid flow, as well as a brass rod that transmits the force to shut off the water flow from the handle to the ball. On the rod there are sealing gland rings designed to seal the valve in the area of rotation of the rod. The connection of the stem with the spherical surface of the ball valve in a traditional ball valve is made according to the tongue-and-groove key type. Electronic resource / https://valtec.ru/document/article/povyshenie_resursnoj_nadejnosti_polipropilenovyh_sharovyh_kranov.html [1].

Наиболее часто встречающимся недостатком эксплуатируемых шаровых кранов с полипропиленовым корпусом принято считать протечку по штоку, вызванную потерей герметичности крана. The most common drawback of operated ball valves with a polypropylene body is considered to be leakage along the stem caused by loss of tightness of the valve.

Одной из причин потери герметичности полипропиленовых кранов является различие коэффициентов линейного расширения (КЛР) полимерных материалов, из которых изготовлены обойма и корпус шарового крана, и КЛР латуни, которую широко используют для изготовления элементов запорной арматуры. Пластиковые обойма и корпус шарового крана увеличиваются в размерах больше, чем латунные шаровой затвор и шток, что ведет к образованию зазора между деталями и появлению течи. One of the reasons for the loss of tightness of polypropylene valves is the difference in the coefficients of linear expansion (CLE) of polymeric materials from which the holder and body of the ball valve are made, and the CLR of brass, which is widely used for the manufacture of stop valves. The plastic yoke and body of the ball valve expands more than the brass ball valve and stem, which leads to a gap between the parts and the appearance of a leak.

Прочность пластиковой обоймы полипропиленового шарового крана гораздо меньше прочности латунного штока, который в процессе открытия-закрытия крана, поворачиваясь, постепенно сминает более мягкую пластиковую обойму. Это вызвано тем, что при воздействии на рукоятку крана пользователь передаёт на шток не только крутящий, но и некоторый изгибающий момент, который тем больше, чем туже открывается затвор. Поэтому с течением времени между штоком и обоймой образуется зазор, не компенсируемый эластичностью уплотнительных колец штока, что является причиной протечки крана. Таким образом, использование металлических элементов запорной арматуры, подверженных коррозии и износу, приводит к такому недостатку, как негерметичность шаровых кранов. Одним из способов устранения такой негерметичности является изготовление элементов запорной арматуры из полимерных материалов.The strength of the plastic holder of a polypropylene ball valve is much less than the strength of the brass stem, which, in the process of opening and closing the valve, turning, gradually crushes the softer plastic holder. This is due to the fact that when acting on the handle of the crane, the user transfers to the rod not only torque, but also some bending moment, which is the greater, the tighter the shutter opens. Therefore, over time, a gap is formed between the stem and the cage, which is not compensated by the elasticity of the sealing rings of the stem, which causes the valve to leak. Thus, the use of metal elements of valves, subject to corrosion and wear, leads to such a disadvantage as leakage of ball valves. One of the ways to eliminate such leakage is the manufacture of elements of valves from polymeric materials.

Так, из китайского патента CN204176024, опубл. 25.02.2015, принятого в качестве прототипа заявленному шаровому крану, известна конструкция пластикового шарового крана, устойчивого к коррозии, не образующего окалины и способного эффективно предотвращать утечки [2]. В этом кране шар выполнен из полифенилсульфоновой смолы (PPSU). Как сказано в описании к этому патенту полифенилсульфоновые смолы являются аморфными, устойчивым к обычным кислотам, щелочам, солям, спиртам и алифатическим углеводородам, растворимы в галогеноводородах, а потому эффективны для изготовления шаров крана с полипропиленовым корпусом. Учитывая высокие эксплуатационные свойства современных пластиков, напрашивается идея выполнить из них не только шар, но и сопрягаемый с ним шток. So, from the Chinese patent CN204176024, publ. 02/25/2015, adopted as a prototype of the claimed ball valve, the design of a plastic ball valve that is corrosion resistant, does not form scale and can effectively prevent leakage is known [2]. In this faucet, the ball is made of polyphenylsulfone resin (PPSU). As stated in the description of this patent, polyphenylsulfone resins are amorphous, resistant to common acids, alkalis, salts, alcohols and aliphatic hydrocarbons, soluble in hydrogen halides, and therefore effective for the manufacture of faucet balls with a polypropylene body. Given the high performance properties of modern plastics, the idea arises to make them not only a ball, but also a rod mating with it.

Однако, как показали испытания, в разъемных соединениях полимерного штока со сферической поверхностью полимерного шарового затвора возможны деформации элементов запорной арматуры. В традиционном шаровом кране, как сказано выше, разъемное соединение латунного шарового затвора с латунным штоком выполнено по шпоночному типу «выступ-паз». Этот тип соединения показал свою надежность и при соединении полимерного шара с латунным штоком. Однако при соединении полимерного шара с полимерным штоком, имеющим ту же конструкцию, что и латунный шток, при усилии в 4-5 Нм происходит изменение соосности штока, в результате чего шар прекращает вращаться, а шток прокручивается по оси. При усилии 7-9 Нм происходил слом штока или разрушение паза в шаре. Поэтому обеспечение надежности соединения элементов запорной арматуры из полимерных материалов потребовало подбора этих материалов, геометрических размеров элементов запорной арматуры, а также разработки формы соединения шарового затвора и штока, выполненных из полимерных материалов. However, as tests have shown, in the detachable connections of the polymer rod with the spherical surface of the polymer ball valve, deformations of the elements of the shutoff valves are possible. In a traditional ball valve, as mentioned above, the detachable connection of a brass ball valve with a brass stem is made according to the “protrusion-groove” key type. This type of connection has shown its reliability when connecting a polymer ball to a brass rod. However, when a polymer ball is connected to a polymer rod having the same design as the brass rod, with a force of 4-5 Nm, the rod coaxiality changes, as a result of which the ball stops rotating, and the rod scrolls along the axis. With a force of 7-9 Nm, the rod was broken or the groove in the ball was destroyed. Therefore, ensuring the reliability of the connection of the elements of valves made of polymeric materials required the selection of these materials, the geometric dimensions of the elements of valves, as well as the development of a form for connecting a ball valve and a stem made of polymeric materials.

Задача полезной модели заключается в разработке надежной конструкции шарового крана с полипропиленовым корпусом, внутри которого вмонтирована запорная арматура из полимерных материалов.The objective of the utility model is to develop a reliable design of a ball valve with a polypropylene body, inside of which a shut-off valve made of polymeric materials is mounted.

Для этого предложен шаровой кран, который, как и кран по прототипу, содержит полипропиленовый корпус, внутри которого вмонтирована запорная арматура, состоящая из шарового затвора, выполненного из полифенилсульфоновой смолы и сопрягаемого с ним штока, при этом соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора выполнено по типу «выступ-паз». Новый шаровой кран отличается тем, что шток выполнен из конструкционного полимерного материала, имеющего модуль упругости при растяжении более 2100 Мпа и температурой изгиба под нагрузкой при напряжении 1,8 Мпа – более 180°С, при этом рабочий диаметр штока составляет не менее чем 18 % от диаметра сферы шарового затвора, а соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора выполнено крестообразным.For this, a ball valve is proposed, which, like the valve according to the prototype, contains a polypropylene housing, inside which is mounted a shut-off valve, consisting of a ball valve made of polyphenylsulfone resin and a stem mating with it, while the connection of the stem with the spherical surface of the ball valve is made according to protrusion-groove type. The new ball valve differs in that the stem is made of a structural polymer material with a tensile modulus of more than 2100 MPa and a bending temperature under load at a stress of 1.8 MPa - more than 180°C, while the working diameter of the stem is at least 18% on the diameter of the sphere of the ball valve, and the connection of the stem with the spherical surface of the ball valve is cross-shaped.

В заявленном решении элементы запорной арматуры, выполненные из полимерных материалов, а также экспериментально подобранное соотношение диаметра штока по отношению к диаметру сферы шарового затвора в совокупности с крестообразным соединением штока и шарового затвора, обеспечивают надежное соединение элементов запорной арматуры и исключают протечки шарового крана. In the proposed solution, the elements of valves made of polymeric materials, as well as the experimentally selected ratio of the diameter of the stem in relation to the diameter of the sphere of the ball valve, in combination with the cruciform connection of the stem and the ball valve, provide a reliable connection of the elements of the valves and exclude leakage of the ball valve.

Новый технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в предотвращении деформации элементов запорной арматуры и исключении протечек шарового крана с запорной арматурой из полимерных материалов.The new technical result achieved by the claimed solution is to prevent deformation of the elements of the valves and exclude leakage of the ball valve with valves made of polymeric materials.

Полезная модель иллюстрируется рисунками, где фиг.1 изображен общий вид шарового крана; на фиг.2 и 3 – крестообразное соединение полимерного шарового затвора с полимерным штоком; на фиг.4 – полимерный шток; на фиг.5 – крестообразный выступ на полимерном штоке; на фиг.6 – крестообразный паз на полимерном шаровом затворе. The utility model is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the ball valve; figure 2 and 3 - cruciform connection of the polymer ball valve with a polymer rod; figure 4 - polymer rod; figure 5 - cruciform protrusion on the polymer rod; figure 6 - cross-shaped groove on a polymer ball valve.

Шаровой кран содержит корпус 1, изготовленный методом литья под давлением из полипропилена тип 3 (рандом сополимер полипропилена). Для предотвращения деформации запорных элементов, находящихся внутри отливаемого корпуса, используют форму бочонка, который собирают вручную, а затем вставляют в пресс форму для формирования вокруг бочонка корпуса. Запорная арматура шарового крана содержит шаровой затвор (шар) 2 из полифенилсульфоновой смолы (PPSU), вращением которого перекрывают или открывают движение потока жидкости, а также шток 3, передающий усилие на перекрытие потока воды с рукоятки на шаровой затвор. В данном примере шток 3 выполнен из полиамида-66 с содержанием стекла 30%. Этот материал является предпочтительным, но могут быть использованы и другие полимерные материалы, имеющие модуль упругости при растяжении более 2100 Мпа и температурой изгиба под нагрузкой при напряжении 1,8 Мпа – более 180 °С. К таким материалам относится, например, полифенилсульфоновая смола, из которой изготовлен шаровой затвор, а также полифениленсульфид, полиамид-6 с содержанием стекла 30% и др.The ball valve has a body 1 made of injection molded type 3 polypropylene (a random copolymer of polypropylene). To prevent deformation of the locking elements located inside the molded body, a barrel mold is used, which is assembled by hand, and then inserted into a mold to form a body around the barrel. The shut-off valves of the ball valve contain a ball valve (ball) 2 made of polyphenylsulfone resin (PPSU), the rotation of which shuts off or opens the movement of the fluid flow, as well as a stem 3, which transmits the force to shut off the water flow from the handle to the ball valve. In this example, stem 3 is made of polyamide-66 with a glass content of 30%. This material is preferred, but other polymeric materials with a tensile modulus of more than 2100 MPa and a bending temperature under load at a stress of 1.8 MPa - more than 180 ° C can be used. Such materials include, for example, polyphenylsulfone resin, from which the ball valve is made, as well as polyphenylene sulfide, polyamide-6 with a glass content of 30%, etc.

На штоке 3 размещены резиновые кольца круглого сечения 4, предназначенные для герметизации крана в области вращения штока. Рукоятка 5 монтируется отдельно и прикручивается перед упаковкой изделия. Шаровой кран содержит фторопластовую прокладку 6, предназначенную для поддержания герметичности крана при закрытом шаре, а также кольцо 7 из полипропилена тип 3, предназначенное для сохранения целостности собранного бочонка при транспортировке.On the rod 3 there are rubber O-rings 4 designed to seal the valve in the area of rotation of the rod. Handle 5 is mounted separately and screwed before packing the product. The ball valve contains a fluoroplastic gasket 6 designed to maintain the tightness of the valve when the ball is closed, as well as a ring 7 made of polypropylene type 3, designed to maintain the integrity of the assembled keg during transportation.

Соединение штока 3 со сферической поверхностью шарового затвора 2 выполнено крестообразным по типу «выступ-паз». Для этого в данном примере на штоке 3 выполнен выступ 8 в форме креста, а на шаре 2 – паз 9 в форме креста. Крестообразная форма соединения штока со сферической поверхностью шарового затвора не исчерпывается изображением, представленным на фиг.5 и 6. Выступ и паз могут быть выполнены в форме креста иной формы, основное требование к которой заключается в не использовании формы шпоночного типа, применяемой в известных шаровых кранах, включая прототип.The connection of the stem 3 with the spherical surface of the spherical valve 2 is cross-shaped according to the "protrusion-groove" type. For this purpose, in this example, a protrusion 8 in the form of a cross is made on the rod 3, and a groove 9 in the form of a cross is made on the ball 2. The cruciform form of the connection of the stem with the spherical surface of the ball valve is not limited to the image shown in figures 5 and 6. The protrusion and the groove can be made in the form of a cross of a different shape, the main requirement for which is not to use the key-type form used in known ball valves including the prototype.

В данном примере представлена конструкция, испытанная для двух типов шарового крана: д20 и д25. Для шарового затвора крана д20 с диаметром сферы «D», равным 25(-0,05)мм, рабочий диаметр штока «d» выполнен равным 13,9 (-0,05) мм. Для шарового затвора крана д25 с диаметром сферы «D», равным 30(-0,05) мм, рабочий диаметр штока «d» также выполнен равным 13,9 (-0,05) мм. Предложенная конструкция может быть использована для других типов шарового крана. This example shows a design tested for two types of ball valve: d20 and d25. For a ball valve valve d20 with a sphere diameter "D" equal to 25 (-0.05) mm, the working diameter of the stem "d" is made equal to 13.9 (-0.05) mm. For a ball valve valve d25 with a sphere diameter "D" equal to 30 (-0.05) mm, the working diameter of the stem "d" is also made equal to 13.9 (-0.05) mm. The proposed design can be used for other types of ball valves.

Шаровой кран функционирует традиционным образом. Шток 3 передает усилие с рукоятки 5 на шаровой затвор, вращением которого перекрывают поток воды.The ball valve functions in the traditional way. The rod 3 transfers the force from the handle 5 to the ball valve, the rotation of which blocks the flow of water.

Claims

A ball valve for pressure polypropylene pipelines, containing a polypropylene body, inside of which a shut-off valve is mounted, consisting of a ball valve made of polyphenylsulfone resin and a rod mating with it, while the connection of the rod with the spherical surface of the ball valve is made according to the "protrusion-groove" type, characterized in that the rod is made of a structural polymer material having a tensile modulus of more than 2100 MPa and a bending temperature under load at a stress of 1.8 MPa - more than 180 ° C, while the working diameter of the rod is not less than 18% of the diameter of the sphere ball valve, and the connection of the stem with the spherical surface of the ball valve is cross-shaped.